探讨中学化学实验教学的绿色化

1、探讨中学化学实验教学的绿色化福州华侨中学 叶琳【摘要】实验的绿色化是新课改下化学实验教学中所倡导的一种新型理念。本文中，笔者阐述了实现中学化学实验绿色化的一系列途径和方法，希望能够为实现绿色环保实验的有所裨益。【关键词】化学 绿色化 实验 理念 绿色化学是21世纪高层次化学，又称为环境友好化学或可持续发展化学，是以“原子经济性”1为基本原则，目的在于不再使用有毒、有害的物质，并且不再产生废物和处理废物。而绿色化学实验是指在绿色化学思想的指导下，运用绿色化学的基本原理和理念对常规实验进行改革，利用新的化学技术和方法，来消除或减少实验室中“废水”、“废气”和“废渣”的排放，从而实现绿色化学中过程和

2、终端均为零排放或零污染，实现绿色化学中“尽可能减少环境负作用”的理想和目标。1在实验理念上建立绿色化绿色化学实验采用的是实现污染预防的科学手段，生产过程不再产生有害、有毒产物，也就是从源头消除污染，这一点只有在观念上进行“革命”，才有可能使学生真正重视绿色化学。因此，在教学实践过程中要注意利用各种途径渗透绿色化学观念。教师可以利用课外化学实验配合进行绿色化学教育，如开展“废电池的回收利用”、“水体中有毒重金属离子的检测”、“空气中PM10含量的检测”、“香烟中有害成分的检测”等实验，在学生体验环保重要性的同时，也提高学生的实际操作能力和分析解决问题的能力。同时，教师组织学生到化肥厂、造纸厂等实

3、地参观也不失为一种好方法。让学生亲自体会“三废”对环境污染的危害，了解转化“三废”的设备，指导学生用“4R”原则2（拒用、减量、再利用、再循环）思考废液、废气、废渣的处理是否仍有不妥之处，如何更好的变废为宝。2在实验设计上注重绿色化2.1改主要针对实验内容（方法）上进行改进从反应本身入手，在不影响实验效果的前提下，通过替换实验药品，使得实验过程中不会产生有害物质，或是将有害物质转化为无害物质，甚至是有益物质。例如，在比较电解质导电能力的实验中，电解盐酸、氯化钠溶液在通电时会产生有毒气体，所以教师可以将盐酸和氯化钠溶液分别换成稀硫酸和硫酸钠溶液。这样既保证实验效果不变，又能避免氯气的产生而污染了

4、环境。又如，在“自燃”现象的实验中，通常利用的是白磷自燃。白磷毒性较大，燃烧产物五氧化二磷对环境污染也颇为严重，所以教师可以用无毒的硅化镁取代白磷，将硅化镁投入水中，水解产生的硅烷遇水面的空气立即自燃。整个实验无毒、无污染符合化学实验绿色化的要求。中学化学中有些实验操作方法也有待改进之处，我们应该致力于寻求好的实验方法，使得操作简便，实验现象直观明显。如铝的钝化实验，直接将铝片放到浓硫酸或浓硝酸中观察，无明显现象。若是增加一对比实验，效果更加突出。实验方法：选取2块大小相同的铝片，其中1片在浓硫酸或浓硝酸中浸泡1-2小时，取出后用蒸馏水洗净。再将2块铝片同时放入1mol/l的硫酸铜溶液中，可以

5、发现未经处理的铝片上覆盖一层红色的铜，而有用浓硫酸或浓硝酸处理的铝片表面没有变化，说明铝片已被钝化。再如，硫的燃烧实验，虽然在集气瓶底部已装有少量水并且瓶口用玻璃片盖住，但是实验过程难免会有二氧化硫气体的扩散。我们可以改善实验：用一片浸泡碳酸钠溶液的纸片，穿在燃烧匙上盖住集气瓶口。这样反应生成的二氧化硫气体会与纸片上的碳酸钠发生反应，将有毒气体转化为无毒物质。2.2合将几个实验合并在一起，或是构成一个循环系统这一类绿色实验，在中学教材中常见的一种情况是将一种物质的几种性质实验合并在一个实验系统中。比如，亚硫酸钠与浓硫酸实验（如图1）中，将二氧化硫气体依次通入品红溶液、溴水，最后通入氢氧化钠溶液

6、中。不仅消除二氧化硫气体所造成的污染，同时也演示了二氧化硫漂白性、还原性性质实验。不仅可以演示物质多种的性质实验，节约了时间，而且也能够在实验过程中，实现环保。又如HNO3、NO2、NO的性质实验，将浓硝酸与Cu反应制备NO2依次进行NO2的溶解性质、稀硝酸与Cu反应制NO、NO的性质、NO2溶于稀碱液形成喷泉组成一个循环，实现了有害大气污染物的零排放，充分彰显了绿色化学的理念。 图1 SO2性质实验 2.3封将化学实验设计在可控全封闭系统内可控全封闭绿色化学实验装置主要是利用实验室现有的常规仪器以及自制的防止液体倒流的控制装置进行灵活的组装，依照具体化学实验特点，使实验过程中反应物、生成物、

7、副产物以及尾气等物质，都控制在这套封闭的系统内进行相应的转化、吸收，使最终释放出来的是无毒、无害的物质，并消除易燃、易爆的隐患。化学反应速率的表示方法，如图2：利用盐酸和碳酸钙反应生成二氧化碳，通过测定一定时间内产生二氧化碳气体的体积，可测定该反应的速率。其中，产生的气体用注射器来收集，通过观察每隔一段时间内针筒中气体的体积来计算该反应速率。 图2 图3 喷泉实验 再以喷泉实验为例，采用实验装置如图3。实验步骤：首先，在A中储存干燥氨气，C中吸取水，将仪器垂直放置，并用铁架台固定；其次，将C中水推入1-2滴，就可以看到A注射器内产生喷泉。整个过程处于封闭状态，实验仪器简单，操作简便。氯气的漂白

8、实验，采用图4装置图进行。实验步骤：首先盛好药品后按图装好实验装置，然后将胶头滴管1中的浓盐酸滴入医用药品1内的高锰酸钾反应制取氯气，观察医用药品2中的有色布条是否变化，最后将胶头滴管2中的水滴入医用药品2内，观察是否有变化。整个实验过程处于封闭状态，且能够将原本需要2个实验仪器合并为一块，十分方便。图4 2.4计算机辅助和多媒体仿真 在实验过程中往往会消耗大量的实验药品或是使用大量的水资源。有些药品易燃、易爆、有毒、有害，危害着师生的身心健康，同时给环境带来极大的破坏。而采用计算机多媒体系统进行模拟仿真实验，运用多媒体动画、文字、声音传递化学实验信息，也能达到很好的效果。这在中学实验中也有常

9、见，比如苯的硝化反应实验，苯是有毒液体，进行实验对环境污染较为严重。再者石油的分馏和裂化等实验，由于操作比较复杂而且要消耗大量的时间，运用多媒体仿真既能省时、不产生污染，又能观察到明显的现象。2.5小量-半微量实验小量-半微量实验方法是一种不改变实验方法、操作技术，而是采用常规的小容量仪器和药品用量减少措施来实现实验绿色化的方法。比如，中学中进行的苯酚的颜色反应：采用小型的仪器点滴板，在半微量实验中只用2滴的苯酚和1滴的三氯化铁；浓硫酸的脱水性，实验用的蔗糖用量为原来的三分之一；氢氧化钡晶体和氯化铵固体的吸热反应，药品用量减半，均能达到同样的效果。2.6微型化学实验微型化学实验是指在微型化的实

10、验仪器装置中进行的化学实验，其试剂用量是常规实验的十分之一到千分之一，但所获得的信息量大。微型化学实验是为减少环境污染和资源消耗而发展起来的一种新颖的实验技术、方法，其思想与“绿色化学”理念相一致，因此也是绿色化学实验中的一部分。例如铜和浓硝酸的反应，利用一只5毫升的注射器，在针筒里放置0.02克的铜粉，再吸入0.05毫升的浓硝酸，观察现象。小心推出针筒内的溶液后抽入空气，可以明显观察到无色气体变成红棕色。再如，硫在氧气中的燃烧，每次硫粉的使用由原来的0.5g减少到0.02g，反应生成的二氧化硫由原来1g缩减到0.04g，大大降低了对环境的污染。3实验过程中注重绿色化化学实验很多仪器都是由玻璃

11、制成的，容易破碎。很多药品试剂具有腐蚀性、有毒和易燃性的。如果实验过程不熟悉相关知识，了解有关操作注意事项，很容易造成实验事故。所以，在实验教学中要加强对学生实验规章制度的学习，加强安全教育。如，闻有毒气体的时候，应该使用扇鼻法；加热固体使用酒精灯时，试管应略向下倾斜；制取氯气的时候应该在装置中增加一个尾气吸收装置等。在保证实验效果的前提下，尽量少取用化学药品。药品若是过多取用不仅会造成浪费，还会增加污染，提高处理剩余药品的成本。我们可以从两个环节入手：一是如取用液体试剂时，使用滴管逐滴滴加，一旦产生实验现象就可可以停止实验。若是试纸的使用，则可分成几小段，多次进行。二是利用简单、容易得到的仪

12、器降低实验成本，如果尾气的吸收可以利用气球，二氧化硫的溶解性可以利用矿泉水瓶等。4实验完成后保证绿色化在实验完成后，以往我们对实验产生的废液、废渣最多进行简单的处理后丢弃掉，例如在使用二氧化锰催化高锰酸钾分解制氧气后，剩下的废渣统统被倒入垃圾桶。而实际上，二氧化锰经过一定的提纯后还是可以重复利用的。不仅是二氧化锰，化学实验后很多试剂药品仍可以回收循环使用，如果我们能将实验废弃药品再一次变成实验药品，这样不仅降低实验成本，更加减少对环境的污染，保证化学实验的绿色化。对于较难回收的一些实验废弃物，不能随意排放，应要求学生将其倒入指定的废液缸或进行无害化处理，以此也培养学生的动手操作能力和良好实验习惯。如废酸的排放可先用石灰乳中和；氰化物剧毒废品可先加入碱液，使金属离子分离，再加入过量次氯酸钠，使氰离子氧化成氰酸盐并分解成无毒的氮气【3】。【参考文献】1 黎清贤.绿色化学与中学化学教学J.化学教育,2004,(6):40.2 魏正妍,杨秀清.在研究型化学实验中培养绿色意识J.实验室研究与探索,2004,(11)3 庞业伟.中学化学实验绿色化研究J.广西教育，2012（28）.4 王甘树,古三峡.注射器在无机化学实验中的应用几例J.咸宁学院学报,2007,2